Kotlin | 关于 Lazy ，你应该了解的这些事

Hi，很高兴见到你！??

本文主要分享 KotlinLazy 相关，希望看完本篇，可以帮助到你更好的理解与使用。

引言

每一个使用 kotlin 的同学，或多或少都会使用 Lazy , 其中文翻译名为 延迟初始化 。

作用也相对直接，如果我们有某个对象或字段，我们可能只想使用时再初始化，此时就可以先声明，等到使用时再去初始化，并且这个初始化过程默认也是线程安全(不特定使用NONE)。这样的好处就是性能优势，我们不必应用或者页面加载时就初始化一切，相比过往的 var xx = null ，这种方式一定程度上也更加便捷。

本文讲什么

  • Lazy 使用方式
  • Lazy 内部源码设计解析
  • Lazy 使用场景推荐
  • 如何简化日常开发

常见用法

在最开始之前，我们先看看最简单的用法:

 private val lock = "lock"
 // 1. 基本写法(线程安全),内部使用Lazy自身实例作为锁对象
 val mutableAny by lazy() {
 mutableListOf<String>()
 }
 // 2. (线程安全) 使用传入的lock作为锁对象
 val mutableAnyToLock by lazy(lock) {
 mutableListOf<String>()
 }
 // 3. 原理与方式1相同
 val mutableToSyn by lazy(LazyThreadSafetyMode.SYNCHRONIZED) {
 mutableListOf<String>()
 }
 // 4. (线程安全) 内部利用了CAS机制,不同于直接加同步锁
 val mutableToPub by lazy(LazyThreadSafetyMode.PUBLICATION) {
 mutableListOf<String>()
 }
 // 5. (线程不安全) 多线程下可能会被初始化多次
 val mutableToNone by lazy(LazyThreadSafetyMode.NONE) {
 mutableListOf<String>()
 }

我们在上面演示了5种使用方式。日常我们可能见过或者用的最多就是方式1或者方式3, 但相对而言我个人用的比较多的是方式4和5，主要是其相比其他更适合常见的场景，这个在后文会提到为什么，先不做过多赘述。

仔细观察我的注释，虽然一共有5种使用方式，但其实主要就三种，为什么呢？如下图具体源码所示：

所以我们源码解析的话主要去看后者 LazyThreadSafetyMode 相关对应的这三个类即可。

  • SynchronizedLazyImpl
  • SafePublicationLazyImpl
  • UnsafeLazyImpl

最终的实现原理上也即 对象锁 ，CAS , 默认实现 三种方式，我们接下来顺着源码一起来看看吧。

源码解析

我们先看看其最常见的Lazy接口:

public interface Lazy<out T> {
 // 初始化的值
 public val value: T
 // 是否已初始化
 public fun isInitialized(): Boolean
}

Lazy有三个具体实现，也就是我们上面提到的, 所以我们分别去看他们三个对应的源码 - >

SYNCHRONIZED

即 SynchronizedLazyImpl ,具体如下：

internal object UNINITIALIZED_VALUE
private class SynchronizedLazyImpl<out T>(initializer: () -> T, lock: Any? = null) : Lazy<T>，... {
 private var initializer: (() -> T)? = initializer
 // 内部初始化的value,默认为一个静态类
 @Volatile private var _value: Any? = UNINITIALIZED_VALUE
 // 默认使用Lazy自身实例作为锁对象,如果lock不为空
 private val lock = lock ?: this
 override val value: T
 get() {
 val _v1 = _value
 // 如果不等于默认值,则证明已初始化过，直接强转返回
 if (_v1 !== UNINITIALIZED_VALUE) {
 return _v1 as T
 }
 // 为初始化增加对象锁，锁对象为传递进来的lock,默认为当前自身对象
 return synchronized(lock) {
 val _v2 = _value
 // 如果不等于默认值,则证明已初始化过，直接强转返回
 if (_v2 !== UNINITIALIZED_VALUE) {
 _v2 as T
 } else {
 val typedValue = initializer!!()
 _value = typedValue
 initializer = null
 typedValue
 }
 }
 }
 ...
}

用一个例子来详细说说过程，比如如下代码：

val mutableToSyn by lazy(LazyThreadSafetyMode.SYNCHRONIZED) {
 mutableListOf<String>()
}

当我们调用 mutableToSyn 时，我们其实调用的是 Lazy.value ，而 此时 Lazy 的实现类为 SynchronizedLazyImpl ，所以我们实际上是调用到了上述 value 实现;

然后 get() 方法里会先进入一个对象锁区域，锁的对象正是我们传入的 lock (没传入的话使用Lazy自身对象)。因为这里加了锁，所以就算此时有多个线程同时调用 get() 方法，也不存在线程安全问题。然后 get() 里面会判断当前是否已经初始化，是就返回，否则就调用我们自己传入的回调函数去初始化。

PUBLICATION

即 SafePublicationLazyImpl ，相对 SynchronizedLazyImpl ，细节方面会有一些需要注意的,具体如下：

internal object UNINITIALIZED_VALUE
private class SafePublicationLazyImpl<out T>(initializer: () -> T) : Lazy<T>, ... {
 @Volatile private var initializer: (() -> T)? = initializer
 // 内部的value
 @Volatile private var _value: Any? = UNINITIALIZED_VALUE
 override val value: T
 get() {
 val value = _value
 if (value !== UNINITIALIZED_VALUE) {
 return value as T
 }
 // 先暂时存一下回调函数
 val initializerValue = initializer
 // 如果回调函数为null,证明已经赋值完了
 if (initializerValue != null) {
 // 去获取一下当前最新的值
 val newValue = initializerValue()
 // 比较当前对象(this)中的_value,如果_value===UNINITIALIZED_VALUE,则赋值为newValue,比较内存地址
 if (valueUpdater.compareAndSet(this, UNINITIALIZED_VALUE, newValue)) {
 initializer = null
 return newValue
 }
 }
 return _value as T
 }
 ...
 companion object {
 private val valueUpdater = ...AtomicReferenceFieldUpdater.newUpdater(
 SafePublicationLazyImpl::class.java,
 Any::class.java,
 "_value"
 )
 }
}

用一个例子来详细说说过程，比如如下代码：

val mutableToPub by lazy(LazyThreadSafetyMode.PUBLICATION) {
 mutableListOf<String>()
}

当我们调用 mutableToPub 时，我们其实调用的是 Lazy.value ，而 此时 Lazy的实现类为 SafePublicationLazyImpl ，所以我们实际上是调用到了上述 value 实现;

get() 里面会先判断 _value 是否已经不是默认值，如果不是，则直接返回，证明已经被初始化了；否则就判断初始化函数是否为 null ,如果为null,证明已经被人初始化过了，则直接返回 _value, 否则先去调用一下函数，获得初始化的值 newValue ,然后使用 valueUpdater.compareAndSet 以 CAS 的方式去更新 _value 的值,如果当前 _value 与预期的 UNINITIALIZED_VALUE 相等，则设置 _value 为新的 newValue，然后将初始化函数置 null。

疑问解析

  • 为什么 initializer 与 _value 要增加 Volatile 修饰？
  • 为什么要使用 AtomicReferenceFieldUpdater.compareAndSet 去更新 ？

我相信不少同学会存在这样的疑问(如果没有那为自己咕咕掌??)。如果我们看 SynchronizedLazyImpl 内部，会发现 Volatile 也修饰了 _value ，那为什么呢？

所以下面就上面的这两个问题，我们开始将时间线拨回当年学习java锁的时候 - >:

我们知道，每个线程都拥有自己的工作内存，以便提高效率。而线程内部的操作过程也主要是以工作内存为主,在工作内存中的更改会在后续才会刷新到主存，而这个刷新时机是 不定 的,也就是说在多线程情况下，很可能A线程的更改，B线程那边此时无法及时得知。

比如现在存在 线程A 与 线程B :

线程A此时要读取变量sum,其首先去主存中获取该变量，然后存到自己的工作内存里作为一个副本，以后线程A的所有读取都会直接读取自己工作内存里的。如果此时线程A要修改变量sum，同样也是先对工作内存中的副本做更改，然后再刷新到主存里，但至于什么时候写入主存中，无法保证。而线程B 此时去读取这个变量，可能获取的 还是原来的值 ，这就导致了如果线程B也有自增逻辑，那么就会导致不一致。这也是我们常说的 可见性 问题。

那为了解决这个问题，我们经常会采用如下两种解决方式，即 synchronized 或者 volatile 。

synchronized 可以保证同一时刻只有一个线程获取锁，在释放锁时会将当前变量的修改主动刷新到主存，所以避免了上述问题。但相对，这样的方式就需要就需要阻塞其他线程。所以在某些场景下我们也可以用另一种方式，比如读多写少的场景时，因为如果每次读取都是经过加锁，可能对我们性能会有所影响,而 volatile 在这种场景就可以避免这个问题。

当我们在多线程情况下修改 volatile 修饰的变量时，其会第一时间刷新到主存中，并且对于所有线程都是可见，当其他线程操作时，对于 volatile 修饰的，每次操作都需要先去主存中去取一下最新的，然后再进行操作，这就避免了阻塞线程所导致的性能问题。但需要注意的是，volatile 并不保证 原子性 ，其可以保证可见性及抑制指令 重排序(默认情况下编译器会对我们的代码进行优化,将某些步骤进行调整,多线程情况可能会影响我们最终效果，抑制重排序即禁止编译器的优化)。

什么是原子性？

原子性就是指该操作是不可再分的。不论是多核还是单核，具有原子性的量，同一时刻只能有一个线程来对它进行操作。简而言之，在整个操作过程中不会被线程调度器中断的操作，都可认为是原子性。比如 a = 1，即直接赋值的这种行为，其不依赖其他步骤。

而像这种 a++ 的就不属于，因为其步骤如下：

  1. 需要先取出a的值
  2. 然后再进行+1
  3. 然后再写入

上述三个步骤步步相连，如果此时两个线程同时操作，A线程在执行步骤1后，而B线程此时刚好完成了整个步骤，此时A的值就相当于旧值，那么接下来的自增与赋值就已经与我们原有的逻辑不一致。

所以如果我们去看上述的判断逻辑：

如果不使用 compareAndSet ,那这里我们大概率会写出这样的代码：

if (_valude == UNINITIALIZED_VALUE) {
 initializer = null
 _value=newVlude
 return newValue
}
  1. 先比较 _value 是不是默认值 UNINITIALIZED_VALUE
  2. 是就设置为新值 newValue

但上述过程显然不是一个原子操作，即我们没法保证在执行完 判断逻辑 时, 赋值时会不会被打断，很可能已经有其他线程赋值了，此时就存在了与预期不一致的情况。

所以这里使用 AtomicReferenceFieldUpdater.compareAndSet ，而 AtomicReferenceFieldUpdater 是 jdk 为我们提供的以原子操作去更新指定对象字段方式。其中 compareAndSet 方法的主要逻辑如下：

主要是利用了CAS机制。我们去查找当前对象，也就是内存中 _value 的预估值是否为 UNINITIALIZED_VALUE 默认值，如果操作时，发现 这个要实际操作的值真的是 UNINITIALIZED_VALUE ，也就是当前资源并没有其他线程占用 ，那么我们就将其更新为 newValue 。否则如果发现这个值已经不是 UNINITIALIZED_VALUE , 则 放弃此次操作 。

NONE

即 UnsafeLazyImpl ,具体如下：

internal class UnsafeLazyImpl<out T>(initializer: () -> T) : Lazy<T>... {
 private var initializer: (() -> T)? = initializer
 private var _value: Any? = UNINITIALIZED_VALUE
 override val value: T
 get() {
 if (_value === UNINITIALIZED_VALUE) {
 _value = initializer!!()
 initializer = null
 }
 @Suppress("UNCHECKED_CAST")
 return _value as T
 }
 ...
}

具体也没什么说的，首先判断 value 是否等于默认值，如果是，则调用初始化逻辑,否则返回。

因为没有做任何线程安全的处理，所以必须其调用位置必须是线程安全，否则多线程下调用很可能会造成多次初始化导致逻辑问题。

使用建议

分析完上面几种，其实我们不难发现，上述三种都有其各自的不同场景。

  • SYNCHRONIZED

    线程安全 比如有某个变量，可能会被多个线程同时调用，而且你不接受初始化函数可能会调用多次，所以可以使用此方法，但需要注意的是，因为get时其内部使用了对象锁，所以在多线程情况下 第一次 调用时，很可能会阻塞我们的其他线程，比如子线程和主线程同时调用，此时子线程先调用到，那主线程此时就会被阻塞，虽然这个时机其实一般而言很短(主要取决于内部逻辑)，但也仍需要注意。

  • PUBLICATION

    线程安全 但是相比前者，你可以接受 你的初始化函数可能被调用多次 ，但并不影响你最终的使用，因为只有第一个初始化结果的才会被返回，并不影响你的逻辑，所以一般情况下，如果不在意上述问题，我们可以尽量采用这种方式去编写线程安全代码。以避免调用get加锁导致初始化性能损耗。

  • NONE

    非线程安全 使用此方式，需要注意在线程安全的情况下调用，否则多线程下很可能造成多个初始化变量，导致不同的线程初始时调用的对象甚至不一致，造成逻辑问题。但其实对于 Android 开发而言，这种反而是比较常见的用途，与我们打交道的往往都是主线程，比如我们可以用在Activity 或者 Fragment 中去 lazy 一些字段等。

扩展使用

Fragment-Bundle

对于一个项目而言，都有标准的key传递，所以可以根据标准化的传递方式。

const val BUNDLE_KEY_TAG = "xxx_BUNDLE_KEY_TAG"
/** 为Fragment添加一个tag */
fun <T : Fragment> T.argument(key: String = BUNDLE_KEY_TAG, value: Parcelable): T {
 arguments = value.toFragmentBundle(key)
 return this
}
// Fragment related
inline fun <reified T : Any> Fragment.bundles(
 key: String = BUNDLE_KEY_TAG,
) = lazy(PUBLICATION) {
 val value = arguments?.get(key) ?: throw NullPointerException("Fragment.getBundle Null?")
 if (value is T) value else throw RuntimeException("Fragment.getBundle Type mismatch")
}

使用时：

private val searchKey by bundles<SearchUserKey>()

Rv-Adapter

我们项目中常见会去使用 BaseQuickAdapter ,那如何利用 lazy 优化呢，一个简单思路如下：

@MainThread
fun <T> createAdapter(
 @LayoutRes layout: Int,
 obj: QuickAdapterBuilder<T>.() -> Unit
): Lazy<BaseQuickAdapter<T, BaseViewHolder>> = lazy(NONE) {
 QuickAdapterBuilder<T>().apply {
 setLayout(layout)
 obj()
 }.adapter
}
class QuickAdapterBuilder<T> {
 @LayoutRes
 private var layout: Int = 0
 private var convert: ((holder: BaseViewHolder, data: T) -> Unit)? = null
 private var init: (BaseQuickAdapter<T, BaseViewHolder>.() -> Unit)? = null
 fun setLayout(@LayoutRes layout: Int) {
 this.layout = layout
 }
 fun onBind(convert: (holder: BaseViewHolder, data: T) -> Unit) {
 this.convert = convert
 }
 fun init(init: BaseQuickAdapter<T, BaseViewHolder>.() -> Unit) {
 this.init = init
 }
 internal val adapter: BaseQuickAdapter<T, BaseViewHolder> =
 object : BaseQuickAdapter<T, BaseViewHolder>(layout), LoadMoreModule {
 init {
 init?.invoke(this)
 }
 override fun convert(holder: BaseViewHolder, item: T) {
 convert?.invoke(holder, item)
 }
 }
}

综合，我们不难发现，通过扩展函数或者定义顶级函数，然后只需要返回 lazy{} ，即可以为我们的通用业务代码或者组件写出较为优雅的代码，示例如上，具体玩出怎样的花样，就看大家各自的想法啦。

参考

Kotlin Lazy — What are they? How to use them?

为什么volatile不能保证原子性而Atomic可以？

volatile为什么不能保证原子性？

关于我

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作者:Petterp
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